煤炭氣化知識(shí)問答

前言

中國化石能源結(jié)構(gòu)為富煤、貧油和少氣，煤炭儲(chǔ)量僅次于美國而居世界第二位。目前煤炭消費(fèi)占我國一次能源的近70%，2007年原煤產(chǎn)量約2523億噸，因此在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)我國以煤為主的局面不會(huì)有大的改變。面對(duì)我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)能源需求持續(xù)增長以及節(jié)能減排的壓力，大力發(fā)展和應(yīng)用煤炭潔凈高效轉(zhuǎn)化利用技術(shù)是我國能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。面對(duì)我國石油資源短缺、國際國內(nèi)油價(jià)上升及由此引發(fā)的能源安全問題，采用先進(jìn)煤轉(zhuǎn)化技術(shù)，建設(shè)環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)效益顯著、主導(dǎo)產(chǎn)品為可替代石油的液體燃料和石油化工品的新型煤化工產(chǎn)業(yè)，是解決或緩解我國能源緊張的一條重要途徑。同時(shí)，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)產(chǎn)煤地區(qū)和投資企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高企業(yè)核心競爭能力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。為此，在國家政策鼓勵(lì)和政府引導(dǎo)及企業(yè)的積極參與下，煤化工產(chǎn)業(yè)在我國呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。煤炭氣化是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化的龍頭和關(guān)鍵技術(shù)，其投資占煤化工項(xiàng)目的50%-60%，因此煤炭氣化技術(shù)的選擇和穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)項(xiàng)目的成敗至關(guān)重要。煤炭氣化技術(shù)已有上百年的歷史，開發(fā)了包括固定床、流化床、氣流床、熔浴床和地下氣化等典型氣化工藝100余種，其中十余種達(dá)到工業(yè)化程度。而最近十多年，以氣流床氣化為代表的大型煤炭氣化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在我國煤化工工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于受到煤質(zhì)特點(diǎn)的限制，而煤氣用戶也千差萬別，因此沒有一種“萬能”氣化爐，只能根據(jù)煤質(zhì)、煤氣規(guī)模及用途、氣化技術(shù)成熟度等特點(diǎn)選擇較適宜的氣化技術(shù)。考慮到煤炭氣化技術(shù)發(fā)展快，新技術(shù)或新用途不斷涌現(xiàn)，而參與煤化工的人員來自各行各業(yè)，為此編寫了這本科普性質(zhì)的煤炭氣化知識(shí)問答，內(nèi)容包括氣化的基本原理、氣化的理論基礎(chǔ)、典型氣化技術(shù)介紹、煤氣的凈化及應(yīng)用、氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢等。希望本書對(duì)未接觸氣化的人起到入門作用，同時(shí)為從事煤炭氣化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的工程技術(shù)人員提供參考。本書由徐振剛、步學(xué)朋主編，第1-3章由徐春霞編寫，第4-6章由戢緒國編寫，第7章由董衛(wèi)國和楊宗仁編寫，第8、10、11、12、15章由王鵬編寫，第9章由鄧一英編寫，第13、14章由文芳編寫，王鵬、文芳匯總，最后由徐振剛、步學(xué)朋、王鵬統(tǒng)稿，陳文敏審定。編寫過程中得到了北京煤化工研究分院各位領(lǐng)導(dǎo)、陳文敏教授、分院工程所梁大明副所長等相關(guān)人員的大力支持，在此深表謝意。限于作者水平，書中或有疏漏不當(dāng)之處，歡迎廣大讀者給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本節(jié)以問答的形式深入淺出地介紹了煤炭氣化技術(shù)方面的知以。內(nèi)容包括： 　　煤炭氣化的基本原理 　　煤炭氣化的理論基礎(chǔ) 　　煤炭氣化工藝分類及其評(píng)價(jià) 　　典型煤炭氣化技術(shù)介紹（固定床、流化床、氣流床、煤炭地下氣化等）　　煤氣的凈化及應(yīng)用 　　煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢 　　本書內(nèi)容系統(tǒng)、全面、可讀性強(qiáng)，可供從事煤炭沽凈加工利用、煤化工、發(fā)電等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀，也適合作相關(guān)專業(yè)師生的參考書，特別適合作為煤炭氣化、煤氣凈化等專業(yè)的中級(jí)培訓(xùn)用書。

作者簡介

徐振剛，博士，研究員，現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院院長。1982年7月畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院化工系，獲煤化工專業(yè)學(xué)士學(xué)位；1985年7月畢業(yè)于煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所，獲有機(jī)化工專業(yè)碩士學(xué)位；1991年9月-1992年11月赴德國進(jìn)修煤炭氣化與煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術(shù)；2004年12月畢業(yè)于煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院，獲化學(xué)工藝專業(yè)博士學(xué)位。曾先后負(fù)責(zé)或參加完成多項(xiàng)國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）和國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）研究課題；數(shù)十項(xiàng)國家及省部級(jí)科技攻關(guān)研究課題；數(shù)十項(xiàng)煤化學(xué)與煤化工技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)以及工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目；多項(xiàng)潔凈煤技術(shù)國際合作研究項(xiàng)目。已出版著作6本，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。

書籍目錄

第一章　煤炭氣化的概念與基本原理 　第一節(jié)　煤炭氣化的概念　　1?什么是煤炭氣化？　第二節(jié)　煤炭氣化的原理和基本反應(yīng)　　1?煤炭氣化反應(yīng)的類型有幾種？　　2?氣化爐內(nèi)煤炭經(jīng)歷的過程有哪些？有哪些基本反應(yīng)？第二章　煤炭氣化的物理化學(xué)基礎(chǔ) 　第一節(jié)　氣化過程熱力學(xué)　　1?研究氣化過程熱力學(xué)的目的是什么？　　2?氣化反應(yīng)的熱效應(yīng)如何計(jì)算？　　3?氣化反應(yīng)平衡常數(shù)的概念及表達(dá)方式是什么？　　4?化學(xué)平衡的影響因素有哪些？　　5?碳-氫-氧氣化系統(tǒng)的平衡特征是？　　6? 煤氣組成的熱力學(xué)計(jì)算方法是？　第二節(jié)　氣化的物理過程　　1?固定床的基本概念是什么？　　2?流體通過固定床的流動(dòng)狀況如何描述？　　3?流化床的基本概念是什么？　　4?流體通過流化床的基本狀況如何描述？　　5?流化床的壓降如何計(jì)算？　　6?什么是臨界流化速度(umf)？　　7?熱量傳遞的方式有幾種？　　8?固定床傳熱的基本狀況如何？　　9?流化床傳熱的基本狀況如何？　　10?質(zhì)量傳遞的概念是什么？　　11?氣固反應(yīng)的步驟有哪些？　　12?什么是分子擴(kuò)散？　　13?什么是對(duì)流擴(kuò)散？　　14?什么是努森擴(kuò)散？　　15?分子擴(kuò)散系數(shù)DAB和努森擴(kuò)散系數(shù)Dk的關(guān)系？　　16?總擴(kuò)散系數(shù)DC計(jì)算公式是？　第三節(jié)　氣化過程動(dòng)力學(xué)　　1?研究氣化過程動(dòng)力學(xué)的目的是什么？　　2?化學(xué)反應(yīng)的控制步驟含義是什么？　　3?反應(yīng)速率隨溫度的變化情況如何？　　4?主要?dú)饣磻?yīng)的速率控制區(qū)如何描述？　　5?研究煤焦氣化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型通常有哪些假設(shè)？　　6?碳和氧的反應(yīng)機(jī)理如何描述？　　7?碳和二氧化碳的反應(yīng)機(jī)理如何描述？　　8?碳和水蒸氣的反應(yīng)機(jī)理如何描述？　　9? 碳和氫的反應(yīng)機(jī)理如何描述？  第四節(jié)　氣化過程主要評(píng)價(jià)指標(biāo)　　1?氣化過程的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有哪些？　　2?煤氣的質(zhì)量如何描述？　　3?什么是氣化強(qiáng)度？　　4?什么是煤氣產(chǎn)率和消耗指標(biāo)？　　5?灰渣含碳量（原料的損失）的含義是什么？　　6?什么是碳轉(zhuǎn)化率？　　7?什么是氣化效率和氣化熱效率？　　8?什么是水蒸氣分解率？　　9?什么是汽氧比？　　10?什么是氧煤比？　　11?什么是可用率？　　12?氣化過程還有哪些指標(biāo)？第三章　煤炭氣化工藝及其分類 第四章　固定床氣化工藝 第五章　流化（沸騰）床氣化工藝第六章　氣流（夾帶）床氣化技術(shù)第七章　煤炭地下氣化 第八章　煤氣凈化處理 第九章　煤氣的組成及特性 第十章　煤氣用作燃料氣 第十一章　煤氣用作原料氣 第十二章　不同氣化工藝應(yīng)用及評(píng)價(jià) 第十三章　中國氣化用煤資源狀況及煤質(zhì)特性 第十四章　煤炭氣化過程的環(huán)保與安全主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第六章 氣流（夾帶）床氣化技術(shù)第一節(jié) 氣流床氣化的原理1.氣流床氣化的原理是什么？所謂氣流床氣化，就是氣化劑（蒸汽與氧）將煤粉夾帶人氣化爐，在高溫下進(jìn)行并流氣化反應(yīng)的過程。微小的煤粉在火焰中經(jīng)部分氧化而進(jìn)行氣化反應(yīng)，所以其機(jī)理不同于移動(dòng)床或流化床氣化。煤粉與氣化劑均勻混合，通過特殊的噴嘴進(jìn)入氣化爐反應(yīng)段，瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，溫度高達(dá)2000℃。煤粉和氣化劑在火焰中作并流流動(dòng)，煤粉急速通過高溫區(qū)，來不及熔化而迅速氣化，反應(yīng)時(shí)間約數(shù)秒鐘，在上述時(shí)間內(nèi)，放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)可以認(rèn)為是同時(shí)進(jìn)行的。因此在火焰端部，即煤氣離開氣化爐之前，碳幾乎全部消耗盡.在高溫下，所有干餾產(chǎn)物都迅速分解，因而生成煤氣中只含有很少量的CH4。氣流床氣化的特點(diǎn)在于煤粒能各自被氣流隔開，每個(gè)顆粒能單獨(dú)膨脹、軟化、燒盡或形成熔渣，而與鄰近的顆粒毫不相干。燃料顆粒不易在塑性階段凝聚，因而燃料的黏結(jié)性對(duì)氣化過程沒有什么影響。在并流氣化過程中，氣化劑和碳的濃度都隨反應(yīng)的進(jìn)行而降低，反應(yīng)物和生成物之間的熱交換，不像逆流氣化（如移動(dòng)床）那樣接近理想地進(jìn)行，因此，碳的損失是不可避免的。這里煤的反應(yīng)性決定了煤完全氣化的程度、影響了飛灰含碳量。如常壓氣化反應(yīng)性好的褐煤，飛灰含碳30％-40％，而反應(yīng)性差的貧煤則高達(dá)60％。為了使碳轉(zhuǎn)化完全，必須提高反應(yīng)溫度，因此，灰分通常以熔渣狀態(tài)排出，為此在選擇燃料時(shí)，必須注意灰分的黏溫特性。

圖書封面

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